近日读到一篇分析原子内部结构文章，它从原子中巨大的空间说起，谈到质子、中子，又谈到夸克和玻色子，最后谈到弦，得出的结论是原子中本来空空如也，并且咱们整个世界都是由一维的“弦”及能量构成，给人一种世界虚无的玄幻印象。
今天我们也来解剖原子，看看世界到底是物质的呢，还是虚幻的？
（温馨提醒：本文约3400字，读完大约需要5分钟时间。你可以选择看大标题、粗体要点和文末结论部分来了解。）
原子很空前几天在写一篇关于原子的文章时，我用了下面这张图来形容原子内部的空间：
如果将原子比作体育场，原子核与电子的位置
当我们将一个原子放大到体育场的大小，电子会处在看台的位置，这时候原子核在哪里？图片中黄色箭头指向草坪，原子核有草坪那么大吗？并不是，原子核太小了，在体育场里它只有绿豆那么大，所以我们没办法在图中把它标出来。我们能在看台上找到电子吗？很难，电子比座椅上的灰尘还小！
由此可见，原子内部真的很空。
实际上，构成世间万物的原子的直径大约在10⁻¹⁰m的数量级，比如说我们最常见的碳原子直径为182pm（皮米，1皮米相当于1米的一万亿分之一），也就是1.82×10⁻¹⁰m，一个C-12原子的质量仅为1.993×10⁻²⁶kg。
原子的质量主要集中在它的原子核，准确地说是集中在其质子和中子。所以我们通常将原子画成这个样子以突出原子核：
通常所见的原子模型
在日常所见的原子模型中，原子核是颗大大的球，它很突出地居于原子中间，电子围绕在它的周围运转，就像行星绕着太阳运行一样。
类似的图都是错误的。如果你在任何一张A4纸上画原子，原子核都几乎小到看不见，而电子更是无处寻找。原子核的体积仅为原子体积的千亿分之一，也就是说在原子中除原子核外有99.99%以上是空的，但就是这极小的原子核，却集中了原子99.96%的质量。
原子是有质量的。尽管小，尽管很空，但原子并不是虚无。
原子的“壳”原子核与电子之间看似有巨大的空间，这空间里有什么？
原子核中至少有一个质子，除氢的同位素氕外，其它的元素原子核还会有中子。中子对外显示电中性，质子带正电荷，所以原子核整体带正电。
氘原子结构
带正电的原子核周围存在强大的电场，电子也有自己的电场，带负电荷的电子围绕原子核运动，原子核与电子之间主要是静电力的相互作用。
电子很轻，质量仅为9.11×10⁻³¹kg，它在原子这样的极小尺度里以接近光速运行，所以从外部看，电子是随机出现在原子外围，它并不会像行星围绕恒星那样以圆周轨道或椭圆轨道运动，它的轨迹更像是一团云雾，因此被称为电子云。
氢原子的电子云像一团浓雾，它表示电子会随机出现在各个位置
我们并不实际了解电子的运动轨迹，但科学家通过实验证明了围绕原子核运行的电子有它们各自的轨道，并且这些轨道呈现一定的规律性。
不要以为原子核与电子轨道之间很空，你就可以随便进入，事实上当电子占满了它们的轨道之后，就在原子的外围构建起了一层或几层无形的“壳”，除了不带电的中子和中微子外，这个壳层（又称“能层”）是谢绝其它物质入内的。
这就是为什么原子看起来很空，但它又十分坚硬的原因。致密的原子核拥有强大的电场，它吸引电子在其周围建立起一层无形的硬壳，除非把它投入到恒星中央或核聚变反应堆中，否则我们无法穿透原子的壳层。
致密的原子核原子核以千亿分之一的体积占据了原子99.96%的质量，它是致密的，原子核的密度大约为10¹⁷kg/m³。如果你在1立方厘米小手指尖大小的空间里装满原子核，它的重量将达到1亿吨！
除氕外，其它元素的原子核都由质子和中子组成。
原子核构成示意图
原子核中质子的数量被称为原子序数，它决定原子是什么；中子是原子核的“稳定剂”。当原子序数小于20时，原子核里质子与中子的数量基本相等，无论中子多了或少了，原子核都不稳定，它有放射性，会通过衰变和释放能量来使自己达到稳定的状态。但是当原子核里的质子数量大于20个时，它就需要更多的中子来帮助稳定。
原子核里并不空，质子之间以及质子与中子之间被强力紧紧地拉在一起。质子的静止质量是1.6726231(10)×10⁻²⁷kg，是电子质量的1836倍；中子跟质子差不多大，它的静止质量为1.6749286(10)×10⁻²⁷kg，约是电子质量的1838倍。我们不能单纯把质子与中子的质量简单相加来得到原子核的质量，事实上原子核的质量要小一些，这是因为一部分的质量被转化为核子之间的结合能量了。
原子的核力前面的章节提到，质子是带正电荷的，它有电场，两个质子之间因为电荷相同会相互排斥，为什么在原子核里它们可以紧密地“粘”在一起？
这是因为核力在起作用。
两个质子之间，或者说两个原子核之间因为具有相同的电荷而互相排斥，这个排斥的力是静电力。静电力很强大，它使质子拥有自己的势力范围，我们称之为库仑势垒。如果想把两个质子捏合在一起，就需要非常大的力来克服这个库仑势垒。
两个原子核之间因静电力互相排斥
可是一旦两个质子接近到2.5fm（飞米，1飞米等于一千分之一皮米）时，核力就起作用了，它会迅速将质子拉到一起，同时向外释放巨大的能量，这个聚变能量是由质子的质量转化的。核力是强力，它比静电力强137倍，可以确保原子核保持稳定，不会散开。
将两个质子压在一起会发生核聚变
量子理论认为原子核内部的结合力是核力，核力是一种强相互作用力，它是由介子提供的，介子是一种夸克组合。
质子与中子由夸克构成科学家们通过强大的粒子对撞机撞击微观粒子后证实，质子与中子还是可以再分割的，它们由一种叫“夸克”的微观粒子组成。
与电子一样，夸克是更小的基本粒子，同时，夸克也是有质量的。科学家们目前共找到6种不同“味道”的夸克，它们分别是 它们是上（u）、下（d）、粲（c）、奇（s）、顶（t）和底（b）夸克。每一种味的夸克质量各不相同，其中上夸克质量约在1.7 - 3.3（ MeV/c²）间，它带 2⁄3电荷；下夸克的质量为4.1 - 5.8（ MeV/c²），它带-1⁄3电荷。
通常两个上夸克与一个下夸克结合成一个质子，而一个上夸克与两个下夸克组合会产生一个中子，质子与中子又称为重子。质子与中子的电性质是由夸克的电性质决定的，从夸克的角度看，中子并不是不带电，它只是对外显示电中性。
两个上夸克与一个下夸克组成了质子
夸克之间并不相互吸引，将夸克拉在一起结合成质子或中子的是另一种基本粒子“胶子”，胶子没有质量，但它负责在夸克之间传递强力，从而将夸克拉在一起。量子物理学认为夸克不能单独存在（夸克禁闭），所以胶子尽管跟光子一样没有质量，它也无法达到光速，因为它必须与夸克共存。
而通过强力将质子、中子拉在一起形成原子核的介子，它是由一对正反夸克组成的。
夸克还能不能再分？没有实验可以证明夸克还可以分成更小的粒子，但科学家们认为夸克应该是分层的，这决定了夸克拥有不同的“味”、不同的“色”以及不同的质量。或许未来的某一天我们可以确定夸克可以被分得更小，这不仅需要理论支持，还需要科学实验的结果来加以证实。
到目前为止科学家们证实能找到的基本粒子包括：
6种夸克：上（u）、下（d）、粲（c）、奇（s）、顶（t）和底（b）夸克；
6种轻子：电子、 μ子、 τ子、电子中微子、 μ子中微子和 τ子中微子；
四种规范波色子：光子、胶子、w和z玻色子
和被称作“上帝粒子”的希格斯玻色子。
已经确认的基本粒子图表
总结：一、我们了解了原子内部的结构，原子核与核外电子都是有质量的实体粒子，尽管很“空”，但强大的静电场决定了原子内部巨大的空间是“不可侵犯”的。
二、原子核内的强相互作用力会将质子与中子拉在一起，要做到这一点并不容易，你需要付出极大能量去克服静电力造成的库仑势垒；而一旦两个质子足够接近时将引发核聚变，原子核的改变会伴随强大能量的释放。
三、质子与中子都由更小的基本粒子夸克结合而成，夸克由胶子传递的强力结合在一起；同样，原子核内部核子之间则是由一对正反夸克组成的介子传递的强力“粘合”在一起。
四、原子并不是虚空，组成原子的几乎所有的基本粒子都已经被证明了具有体积和质量，原子是质量与能量的结合体。最近的科学检测结果表明，此前一直被定义为“质量严格为0”的光子也具有质量，光子的静止质量小于1.2×10^(-51)g。这证明构成宏观宇宙的一切物质都是真实存在的三维物体，而不是由一维“弦的振动”或能量构成的虚幻世界。
五、科学需要推理与想象，科学同时需要现实可验证，单凭计算、推理与想象并不能被称为科学。到目前为止，所有的“弦理论”、“十维时空”、“膜结构”、“多重宇宙”以及“宇宙由能量构成”等等都仅是数学上的推理，没有任何一项实验或观察可以证明它们真实存在。
有人称“弦理论”可以解释一切，遗憾的是它从来没有得到过证明
因此，无论从经典物理学还是量子物理、无论对微观粒子的研究还是对宏观世界观察，都证明我们生活的这个宇宙都是物质的、四维的和真实的。,
